ウォータージェット技術の急速な受け入れには多くの理由があります。これは、熱や応力を加えることなく実質的にあらゆる材料を切断できるコールドカットプロセスであり、セットアップと操作が非常に簡単です。これらの利点により、メーカーは、最も困難なプロジェクトでも、小ロットまたは大ロットの部品を迅速に製造できます。
HyperPressure対Normal Pressure (ノーマルプレッシャー)
超高圧（UHP）ウォータージェットが最初に導入されたときには、圧力は36,000 psiの範囲でした。それから10年ごとに、圧力は増加し、1980年代の終わりには55,000 psiに移動し、1990年代半ばには現在の標準である60,000 psiに達しました。2004年、Flow Internationalは94,000 psiのHyperJetポンプを標準的な製造環境に導入しました。このブレークスルーは、ウォータージェットによるHyperPressure切断の時代を開始しました。
HyperPressureは、75,000 psi以上の圧力として定義されます。研磨ウォータージェット切断では、材料を侵食して分離カットを行うのは、実際にはウォータージェット流内の研磨粒子です。水は研磨促進剤です。より高い圧力は、その中に含まれる研磨粒子の運動エネルギーを増加させます。水と研磨粒子の動きが速くなり、ジェットの直径が小さくなり、ジェットの出力密度と効率が向上します。
製造業者は、約60,000 psiで動作する他のポンプと比較すると、HyperPressureポンプは生産性を劇的に改善しました。ワット数を増やすとCO2レーザー切断の生産性が向上するように、圧力を上げるとウォータージェットの生産性が大幅に向上します。
しかし、圧力を上げるというアプローチ以外にも、生産性を向上させるための多くの他の代替手段が試みられた：馬力の増加、複数のヘッドの実行、非常に攻撃的な研磨剤の使用、ツールパスの最適化などです。これらのうち、あてはまる唯一の改善は、ツールパスの最適化です。現在、高度なウォータージェット工作機械には、直線上で高速化し、タイトなジオメトリ上で減速するツールパス最適化があり、ストリームラグに起因する完成部品の異常を制御し、部品サイクル時間を短縮します。さらに高度なシステムには、関節付きの手首がヘッドをわずかに傾けてテーパー補正を行い、ウォータージェット切断によって自然に発生するV字型のテーパーを補正します。他の試みでは、いくつかの理由で効率が向上しませんでした。馬力の増加はより速くカットされるが、それに比例して追加の研磨剤が必要となり、コストがかかります。ヘッドを追加すると、スループットがほとんど低下し、オペレーターが両方を正確に同じレベルで切断することを保証する必要があるため、ヘッド間で電力が分割されます。より積極的な研磨剤を使用すると、研磨剤のコストが高く、混合チューブのノズルが急速に侵食されるため、運用コストが増加します。（5〜10倍高速）
圧力=生産性
圧力を上げると効率が向上します。圧力を上げると切断速度が上がり、インチあたりのコストが削減されます。60,000 psiのガーネット研磨剤は、機械の運転コストの半分以上を占めています。87,000 psiで連続運転すると、研磨コストは半分以下に下がります。ピアス時間–開始穴を開ける時間も劇的に短縮されます。
サイクル時間が短くなると、1時間あたりの生産部品数が増え、1日あたりのジョブ数が増えます。建物のスペース、オーバーヘッド、設備の減価償却などの固定費がより早くカバーされ、最終的な収益性が向上します。
また、圧力が高いほど、ストリームの直径が小さくなるため、切断の詳細が大きくなります。新しいポンプが設計されているため、メンテナンスが容易です。
ウォータージェットストリームからのより多くのエネルギーがより小さい領域に集中し、研磨粒子をより効率的にします。言い換えれば、各研磨粒子はより多くの侵食を実行します。動作圧力に対して出力密度が1.5に増加することは、次の式で表されます。 | Eda = KP1.5 5 但し
Edaは電力密度 |
HyperPressureウォータージェットは、高生産環境や高速なターンアラウンドが必要な場所に理想的です。また、直径が25％小さいストリームにより、通常は半径0.015インチまでの複雑な内側コーナーの切断が可能になるため、精密部品が必要なアプリケーションにも最適です。
速度の問題
ジェット速度のため、圧力は生産性と効率に等しくなります。どうしてこうなるのでしょうか？圧力が上がると、ストリームの速度が上がります。ストリームがオリフィスを出ると、速度がすべてとなります。ウォータージェット流がカッティングヘッドを出ると、ウォータージェット流には圧力がかかりません； 水がウォータージェットオリフィスを出ると、水の圧力が速度に変換されます。さらに速く、さらに小さなウォータージェットストリームは、研磨粒子がさらに速く移動し、さらに多くの運動量を運び、さらに積極的にさらに多くの材料を除去することを意味します。各粒がさらに多くの材料を侵食する可能性があるため、カットの長さごとに使用される研磨剤が少なくなります。目標は、研磨剤を可能な限り速くすることです。ストリーム速度は、効率化の鍵です。
ウォータージェットの流れを速くする唯一の方法は、馬力を増やすことではなく、圧力を上げることです。これは直感に反するように思えるかもしれませんが、真実です。すべてのポンプには最大動作圧力があり、そのためさらに高速の流れの利点を得るには、さらに高い圧力で動作するように設計されたポンプが必要となります。
Article by FLOW & MEGA Tech Magazine